Элементный, изотопный, фракционный и групповой углеводородные составы нефти

Оптические свойства нефти.

Лекция 9.

10.10.11

Нефти оптически активны, то есть обладают способностью вращать плоскость поляризации луча света, преломлять световые лучи, люминесцировать и тому подобное. Важно то, что большинство нефтей образуют плоскость поляризации вправо. Это качество унаследовано нефтями от исходного органического вещества пород, по сколько образование веществ, обладающих органической активностью характерно для биологических систем. Люминесценция и флюроаэстенция характерно для нефти. Нефть светится после освещения ее светом. Легкие углеводороды светятся голубоватыми оттенками, а тяжелые углеводороды – буроватым цветом. Средняя молекулярная масса большинства нефтей равна 250-300.

Элементный состав нефти характеризуется обязательным наличием 5 химических элементов: C, O, S, N, H. Эти же элементы входят в состав органического вещества пород. В элементном составе содержание C -83-87%, H – 12-14%, суммарное содержание всех остальных компонентов невелико и составляет 5-6% и эти проценты в основном приходятся на содержание S – до 3%, O- до 2%, N составляет десятые или сотые доли процента. Это все называется элементным составом нефти.

Изотопный состав. Для наших целей изучается поведение соотношения в нефтях масс стабильных изотопов углерода ¹²С - ¹³С, протонов водорода ¹Н и ²Н (протия и дейтерия), изотопов серы – ³²S и ³³S, азота ¹⁴N и ¹⁵N.

Анализ изотопного состава нефтей позволяет решать вопросы об их образовании в системах: нефть-нефть и нефть – органическое вещество.

Полученные величины приращения могут иметь, как положительные, так и отрицательные значения. Если величина положительная, то это означает, что содержание тяжелого изотопа больше, чем в стандарте; а если отрицательная, то наоборот.

Фракционный состав нефти, то есть разделение нефти на фракции по температурам кипения. При атмосферном давлении путем перегонки из нефти выделяют фракции, отличающиеся друг от друга определенными пределами выкипания: выкипающие до 140 ⁰С включают в себя петралейный эфир и бензиновую фракцию; 140-180 ⁰С в это время выпаривается ___________ фракция; 180 – 220 – керосиновая фракция; 220-350 – дизельная фракция. Те, что выкипают до 350 ⁰С светлые фракции нефти, а выкипающие 350 ⁰С мазут. В геохимии нефти фракцию, выкипающую до 200 ⁰С называется бензиновой, от 200 до 300 ⁰С – керосиновой, более 300 ⁰С – масляной. Как правило, чем ниже плотность нефти, тем выше выход светлых фракций.

Групповой углеводородный состав. Для выяснения общей характеристики нефтей наряду ч выше изложенным при анализе нефтей определяется суммарное содержание в определенной фракции: нафтеновых, ароматических и других углеводородов. Углеводороды подразделяются на 2 большие группы, в молекулах которых атомы углерода образуют открытые или линейные, или разветвленные цепи, и углеводороды в молекулах, которых атомы углерода образуют кольца.

Углеводороды в молекулах, которых атомы углерода соединены простыми связями называются метановыми углеводородами (алканы, алифатические, парафиновые, насыщенные или предельные углеводороды). Все они имеют общую формулу С_nH_2n+2. Они образуют гомологический ряд, в котором каждый следующий углеводород имеет на 1 атом углерода и 2 атома водорода больше, чем предыдущий. Углеводороды, обладающие линейными связями, называются нормальными, а разветвленные – изоалканы.

Начиная с бутана (С₄Н₁₀) углеводороды могут иметь нормативное строение и изостроение (разветвленная цепочка). При обычных условиях метановые углеводороды нормального строения находятся в разных физических состояниях, от метана до бутана – газы, начиная с нормального пентана (n С₅Н₁₂) и до нормального пентадекана (n С₁₅Н₃₂) - жидкости и начиная с нормального гексадекана (n С₁₅Н₃₄) - твердые.

Алканы находятся практически во всех нефтях и если их концентрация превышает 50%, то такие нефти называются метановыми. Особое место в геохимических исследованиях занимают так называемые коэффициенты нечетности, которые используются как коррелятивный признак нефтей, но и как «показатель зрелости», а также состава исходного органического вещества: С₁₅ – С₂₃ с преобладанием нечетных членов характерно для нефтей генерированных органическим веществом, в составе которого большая часть принадлежала низшим организмам (бактериям и водорослям). Высокое содержание алканов нормального строения от С23 и С31 и так же преобладание в них нечетных членов наблюдается в нефтях генерированных органических веществ, в составе которых участвуют липиды высших наземных растений. Углеводороды в молекулах которых атомы образуют замкнутые цепи, состоящие из 3 и более атомов углерода называются алициклическими или карбоциклическими. Насыщенные циклические углеводороды имеют много названий. Их общая формула С_nH_2n.

Молекулы циклоалканов содержат на 2 атома водорода меньше, чем соответствующие им алканы и название образуется путем добавления приставки цикло.

Бутан (C₄H₁₀)

Циклобутан (С₄Н₈)

Пентан (С₅Н₁₂)

Циклопентан (С₅Н₁₀)

В нефтях цикланы представлены в основном углеводородами, которые содержат в основном 5-6 цикланов, называются нафтеновыми углеводородами. Содержание в нефтях колеблется от 25 до 70%. По своим физическим свойствам занимают промежуточное положение между метановыми и ароматическими углеводородами. Ароматические углеводороды ненасыщенные циклически, еще их называют арены. Эти арены содержат в молекуле особую циклическую группировку из 6 атомов углерода, которые называются бензолом. Общая формула С_nH_2n-6 (показывает то, что они являются ненасыщенными). Ряд называется бензойным. Общее содержание аренов в нефтях 10-20%, но иногда доходит до 35% и такие нефти называются ароматического типа. Наибольшая концентрация ароматических углеводородов установлено в нефтях молодого возраста. Одной из закономерностей состава нефтей является то, что с повышением температуры кипения фракции повышается содержание аренов.